JPWO2010137263A1

JPWO2010137263A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPWO2010137263A1
Application number: JP2010537204A
Authority: JP
Inventors: 貴之永田; 古屋　博之; 博之古屋; 達男伊藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2012-11-12
Also published as: CN102037399A; US8379172B2; WO2010137263A1; US20110116010A1

Abstract

液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタ、および、前記反射型カラーフィルタよりも前記導光板側に配置された偏光板を有し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部とを含み、前記光源からの光は、前記導光板に略直線偏光で入射するように構成され、前記液晶パネルの前記偏光板は、透過率が９０％以上となるように構成されている。

Description

本発明は、光利用効率の高い液晶表示装置に関する。より詳細には、液晶パネルの各サブピクセルに所定の波長の光を効率よく導く液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶分子の配向による電気光学効果を利用して、背面から照射される光の透過量を制御することにより画像を表示する方式であり、一般的には、冷陰極管などにより構成されるバックライトユニットと呼ばれる面状の照明装置を必要とする。近年、このような液晶表示装置の大画面化が進み、５０型サイズ以上のテレビジョン用の液晶表示装置まで実用化されてきている。しかしながら、液晶表示装置の大型化に伴い消費電力も増加してきていることから、低消費電力化を実現する技術開発が望まれている。また、設置する室内での占有空間をできるだけ少なくするために、液晶表示装置の薄型化も強く望まれている。

このような低消費電力化および薄型化の要望に対応するため、発光効率の良い発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする）やレーザを光源として使用すること、および、薄型の導光板を用いたエッジライト構成が検討されている。このうち、ＬＥＤを光源とするエッジライト構成の液晶表示装置はすでに実用化されている。

また、低消費電力を実現させるため、従来５％程度しかない液晶パネルの透過率を向上させる検討もされている。液晶パネルにおいて透過率を低下させている大きな要因としては、液晶パネルのバックライトユニット側に配置された偏光板、および、サブピクセル毎に赤色光、緑色光、青色光を選択して透過させるカラーフィルタがある。通常、無偏光の白色光を液晶パネルに入射させると、この入射面に配置された偏光板で透過光量が１／２になる。さらに、カラーフィルタでサブピクセル毎に赤色光、緑色光、青色光が選択されて透過するので、１／２となった透過光量はさらにその１／３以下になる。

このうち、バックライトユニット側に配置された偏光板での透過率を向上させる方法として、液晶パネルとバックライトユニットとの間に偏光反射シートを挿入し、必要な偏光成分を透過させ、不要な偏光成分を反射させると共に、反射した光の偏光を回転させ、有効な偏光成分に変換してリサイクルする構成が実用化されている。

また、カラーフィルタでの透過率を向上させる方法として、回折格子等の波長分離手段を用いて、バックライトユニットから出射する照射光を赤色光、緑色光、青色光に分離し、液晶パネルの所定のサブピクセルに効率よく集光させる構成が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。また、導光板内部に形成された波長選択性の干渉フィルタ型のミラーにより、赤色光、緑色光、青色光の波長分離を行い、液晶パネルの所定のサブピクセルに効率よく導く構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

その他、カラーフィルタ自体の改良も検討されており、従来の吸収型のカラーフィルタとは異なる構造のカラーフィルタが提案されている。例えば、干渉フィルタの膜構造において一部の膜厚を領域ごとに変え、領域ごとに異なる分光特性となるように構成したカラーフィルタが提案されている（例えば、特許文献５参照）。特許文献５では、このカラーフィルタを用いることにより、色再現性が向上するとしている。

また、ワイヤグリッド偏光板に波長特性を付加する、あるいは、波長以下の微細な格子を用いて偏光特性と波長特性を併せ持つように工夫することにより、反射型偏光フィルタの機能とカラーフィルタの機能とを一体化した偏光カラーフィルタを構成し、これを用いて液晶パネルの所定のサブピクセルに所定の波長および偏光の光を導く構成が提案されている（例えば、特許文献６、７参照）。この構成により、液晶パネルの効率が大幅に向上するとしている。

しかしながら、前記従来の構成では、消費電力を削減する具体的な構成が示されていない、あるいは、消費電力削減の効果が不十分である。

すなわち、特許文献１ないし３には回折を用いて波長分離を行い、液晶パネルの各サブピクセルに光を導く構成が示されているが、特許文献１ないし３のいずれにおいても光の利用効率を十分に高めることができず、さらなる効率向上が困難である。具体的には、特許文献１、２では、赤色光、緑色光、青色光を数度程度の回折角差で分離するためには、格子ピッチを波長の数倍程度まで縮める必要があり、そのように構成すると、回折効率を十分に高めることが困難となる。また、特許文献３では、体積ホログラムを用いているため、所定の角度差で波長分離が可能であるが、体積ホログラムへの入射角が限定されるため、導光板へ入射した光が出射する効率が低下する。

また、特許文献４は、波長分離を行うミラーを導光板の内部に形成する構成が示されているが、このような構造の導光板は製造が困難であり、高コストとなることが懸念される。

また、特許文献５に記載のカラーフィルタは、従来の吸収型のカラーフィルタの代わりに用いられているだけであり、反射光を有効に利用する構成が示されていない。

特許文献６、７には、偏光カラーフィルタを用いると共に、偏光カラーフィルタで反射された光を再利用することが記載されている。しかしながら、この偏光カラーフィルタは、液晶パネルの偏光板及びカラーフィルタの代用として用いるには効果が不十分であり、光利用効率はある程度は向上するが画質の劣化を招く。

具体的には、特許文献６の偏光カラーフィルタでは、従来のカラーフィルタと比べると、青フィルタ領域での緑色光、赤色光の透過率、および、緑フィルタ領域での赤色光の透過率が高く、色再現性が極めて悪化する。また、特許文献７の偏光カラーフィルタでは、不要な偏光成分の透過率が必要な偏光成分の６割以上あり、液晶パネルの画素に導かれる光の消光比が悪いためコントラストが低下する。

特開２０００−２４１８１２号公報特開平９−１１３９０３号公報特開平１０−２５３９５５号公報特開２００６−１２７２２号公報特開２００８−１７０９７９号公報特開２００７−２５６９２号公報国際公開第２００７／０３４８２７号

本発明は、従来の構成以上に光利用効率の改善を図ると共に高画質を実現し、これにより、低消費電力かつ高画質の液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る液晶表示装置は、上記の目的を達成するために、光源と、前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタ、および、前記反射型カラーフィルタよりも前記導光板側に配置された偏光板を有し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部とを含み、前記光源からの光は、前記導光板に略直線偏光で入射するように構成され、前記液晶パネルの前記偏光板は、透過率が９０％以上となるように構成されている。

このように構成すると、光源からの光は液晶パネルに導かれ、そこで対応するサブピクセルに入射した照明光は反射型カラーフィルタを透過し、それ以外の光は反射型カラーフィルタで反射させて再利用することができる。このとき、再利用する光が繰り返し透過する光路の偏光板の透過率を９０％以上となるように従来構成よりも高く設定しているので、再利用する光の光量損失を抑制し、効率よく対応するサブピクセルに導くことができる。これにより極めて低消費電力の液晶表示装置を実現できる。また、光源からの光を直線偏光で導光板に入射させているので、偏光板の偏光度を下げて透過率を上げても、コントラストの低下を招くことはなく、高画質の液晶表示装置を実現できる。

本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成全体を模式的に示す斜視図である。図１Ａにおける主要部分のｘｚ面内の概略の断面図である。本発明の一実施の形態に係る反射型カラーフィルタの概略構成を示す概略の模式図である。本発明の一実施の形態に係る反射型カラーフィルタの分光特性を示した特性図である。一般的なヨウ素系の偏光板の特性を示す特性図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の他の構成例を示す断面図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに他の構成例における主要部分の概略の断面図である。図５Ａにおける偏光ホログラムを示す概略の拡大図である。図５Ａにおける視野角制御フィルムの概略の拡大図である。本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置における主要部分の概略構成を示す断面図である。図６Ａにおけるワイヤグリッド偏光板の概略構成を示す拡大図である。本発明の他の実施の形態に係る他の液晶表示装置の主要部分の概略構成を示す断面図である。図７Ａにおける７Ａ部の概略構成を示す断面図である。図７Ａにおける他の導光板の概略構成を示す斜視図である。図８Ａにおける８Ａ部の概略構成を示す拡大図である。本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置における主要部分の概略構成を示す断面図である。図９Ａにおける反射型カラーフィルタの膜構造を示す模式図である。図９Ｂに示す反射型カラーフィルタの領域６１ｇの分光特性を示す特性図である。本発明のさらに他の実施の形態に係る液晶表示装置における主要部分の概略構成を示す断面図である。図１１Ａにおける反射型カラーフィルタの膜構造を示す模式図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに他の構成例における主要部分の概略の断面図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに他の構成例における主要部分の概略の断面図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに他の構成例を模式的に示す斜視図である。図１３ＡにおけるＡ部の概略構成を示す拡大図である。本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに他の構成例を模式的に示す斜視図である。図１４Ａにおける光源、偏光ビームスプリッタおよび１／２波長板を示す概略の平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面に示された同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない場合がある。

（実施の形態１）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の概略構成を示す図である。図１Ａは液晶表示装置の構成全体を模式的に示す斜視図、図１Ｂは図１Ａにおける主要部分のｘｚ面内の断面図を示している。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては液晶表示装置の各部分の構成を理解しやすくするために、各部分を分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート上や縁枠内などに各部分を設置して、全体を一体的に固定している。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置１０は、赤色レーザ光（以下、Ｒ光とする）を出射する赤色レーザ光源（以下、Ｒ光源とする）１１ａ、緑色レーザ光（以下、Ｇ光とする）を出射する緑色レーザ光源（以下、Ｇ光源とする）１１ｂ、及び青色レーザ光（以下、Ｂ光とする）を出射する青色レーザ光源（以下、Ｂ光源とする）１１ｃの３つの光源から構成されたレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射するＲ光、Ｇ光およびＢ光をまとめてレーザ光１２とするダイクロイックミラー１３と、レーザ光１２を導光棒１５の方へ反射するミラー１４と、レーザ光１２を線状の平行光に変換して出射する導光棒１５と、導光棒１５から出射したレーザ光１２を側面１６ａから入射し、一方の主面１６ｂから出射する導光板１６と、導光板１６の主面１６ｂの対向面１６ｃに隣接して配置された反射シート１７（リサイクル部）と、導光板１６から出射したレーザ光１２を画素毎に透過率を変調して画像を表示する液晶パネル１８と、入射側のレンチキュラレンズと出射側のレンチキュラレンズとの曲率方向が直交するように配置されたクロスレンチキュラレンズ１９と、を備えている。

ここで、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃにはコリメートレンズがそれぞれ含まれ、平行光を出射するように構成されている。このＲ光源１１ａおよびＢ光源１１ｃには、例えば波長６４０ｎｍのＲ光および波長４４５ｎｍのＢ光を出射する高出力半導体レーザが用いられている。また、Ｇ光源１１ｂには波長５３５ｎｍのＧ光を出射する半導体レーザ励起の高出力ＳＨＧレーザが用いられている。また、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ同じ偏向方向で出射するように構成されている。このように、本実施の形態では、レーザ光源１１を用い、導光板１６に略直線偏光で入射するように構成している。

また、導光棒１５には、光が出射される側面に対して略４５°傾斜した傾斜面を有する複数の偏向溝１５ａが形成され、導光棒１５に入射した光を全反射により略９０°偏向するように構成されている。この導光棒１５のｘｚ面内の断面は略長方形となるように構成され、図中のｘ軸方向、あるいはｚ軸方向の偏光で入射した光の偏光を乱さないように構成されている。

また、図１Ｂに示すように、導光板１６の対向面１６ｃには、主面１６ｂに対して略４５°傾斜した傾斜面からなる複数の偏向面１６ｄが形成され、主面１６ｂに対して略平行に入射した光を全反射により主面１６ｂに向けて偏向し、主面１６ｂから略垂直に出射するように構成されている。この偏向面１６ｄはｘｚ面に垂直に構成され、ｙ軸方向、あるいはｚ軸方向の偏光で入射した光の偏光を乱さず偏向するように構成されている。

また、液晶パネル１８は、液晶層１８ｃ、反射型カラーフィルタ２０を一対のガラス基板１８ｄ、１８ｅで挟み、さらにこれらの両側から偏光板１８ａ、１８ｂで挟んだ構造であり、一般的な構造の液晶パネルと比較すると、顔料などからなる吸収型カラーフィルタの代わりに反射型カラーフィルタ２０を用いている点が異なる。なお、偏光板１８ｂの透過軸は、導光板１６から出射するレーザ光１２（照明光）の偏光方向と一致するように構成されている。

この反射型カラーフィルタ２０は、例えば、図２Ａに示すような干渉フィルタで構成されている。図２Ａ及び図２Ｂは反射型カラーフィルタ２０の概略構成および特性を示した説明図で、図２Ａは干渉フィルタの膜構造を示した模式図、図２Ｂは図２Ａに示した膜構造の分光特性を示した特性図を示しており、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）を示している。

図２Ａにおいて、反射型カラーフィルタ２０は、低屈折率材料（例えば二酸化珪素（ＳｉＯ_２））で構成された低屈折率層２０ａと、高屈折率材料（例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２））で構成された高屈折率層２０ｂと、高屈折率材料で構成された欠陥層２０ｃを積層して構成されている。また、低屈折率層２０ａおよび高屈折率層２０ｂの各層の厚みは、それぞれ物理膜厚に屈折率を乗じて得られる光学膜厚が設定波長（例えば５３５ｎｍ）の１／４に略等しくなるように構成されており、各領域において同じ膜厚となるように構成されている。一方、欠陥層２０ｃは各領域において、それぞれ異なる厚みを持ち、特定の波長の光が透過するように構成されている。

このように構成された領域２０ｒ、領域２０ｇ、領域２０ｂの分光特性は、図２Ｂに示す分光特性２２ｒ、２２ｇ、２２ｂのようになり、各領域がＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかに対し高い透過率を持つため、従来のカラーフィルタの代わりに用いることができる。

また、干渉フィルタは吸収が殆どないため、反射型カラーフィルタ２０を透過しない光はほぼ反射する。したがって、領域２０ｒはＲ光を透過する一方でＧ光およびＢ光を反射し、領域２０ｇはＧ光を透過する一方でＲ光およびＢ光を反射し、領域２０ｂはＢ光を透過する一方でＲ光およびＧ光を反射することとなる。

なお、反射型カラーフィルタ２０は、低屈折率層２０ａと高屈折率層２０ｂの層数を増やすことにより、不要な波長の透過率を低下させ、不要な波長に対する反射率を上げることができる。層数を増やすと工数が増加するが、各領域から不要な波長の光が透過するのをさらに抑制できるので、画像表示の色再現性を向上させることができる。また、欠陥層２０ｃの層数を増やすと高い透過率が得られる波長範囲を広げることができ、光源の波長誤差や入射角のばらつき等の誤差に対して尤度を広げることができる。

次に、上記の構成を有する本実施の形態の面状照明装置（液晶表示装置１０）の動作について具体的に説明する。

図１Ａに示すように、Ｒ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂおよびＢ光源１１ｃから例えばｚ軸方向の同じ偏光で出射したＲ光、Ｇ光およびＢ光は、光源ごとにコリメートされ、ダイクロイックミラー１３によりレーザ光１２としてまとめられる。このレーザ光１２は、ミラー１４を介して導光棒１５に入射し、複数の偏向溝１５ａにより偏光を保持したまま略９０度偏向され、単位面積当たりの光量が均一になるように導光棒１５から出射する。導光棒１５からｚ軸方向の偏光で出射したレーザ光１２は、導光板１６の側面１６ａから例えば入射角が２度以下、すなわち主面１６ｂに対して略平行な状態で入射する。導光板１６に入射したレーザ光１２は、導光板１６の対向面１６ｃに形成された偏向面１６ｄで全反射して主面１６ｂに向かって偏向され、ｘ軸方向の偏光となって主面１６ｂから当該主面１６ｂに対して略垂直に出射して液晶パネル１８に入射する。

ここで、導光板１６から出射するレーザ光１２の偏光方向と液晶パネル１８の偏光板１８ｂの透過軸は一致するように構成されているので、大部分の光が偏光板１８ｂを透過し、ここでの光量損失はランダム偏光が入射する場合と比較すると大幅に低減される。

液晶パネル１８に入射したレーザ光１２は、反射型カラーフィルタ２０に到達し、領域２０ｒに入射したＲ光、領域２０ｇに入射したＧ光、領域２０ｂに入射したＢ光がそれぞれ透過して出射光２１として反射型カラーフィルタ２０を出射し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ２０で反射する。

反射型カラーフィルタ２０で反射したレーザ光１２は、液晶パネル１８から導光板１６に戻り、導光板１６を通過して反射シート１７（リサイクル部）で反射され、再び導光板１６を通過して液晶パネル１８に入射し、反射型カラーフィルタ２０に再度入射する。ここで再び、所定のフィルタ領域に入射した所定の光のみが透過して出射光２１として反射型カラーフィルタ２０を出射し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ２０で反射する。

ここで、反射型カラーフィルタ２０で再び反射したレーザ光１２は、同様に反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７との間で反射を繰り返す。レーザ光１２は、最終的には対応するフィルタ領域に入射して、出射光２１として反射型カラーフィルタ２０を出射する。

反射型カラーフィルタ２０を透過した出射光２１は、液晶層１８ｃで偏光方向が変調され、偏光板１８ａで所定の偏光成分のみが出射することにより、サブピクセル毎に輝度変調されて液晶パネル１８から出射し、クロスレンチキュラレンズ１９により拡散され、広い視野角で明るい画像が表示される。

以上に説明したように本実施の形態１の液晶表示装置１０は、液晶パネル１８に入射した光のうち、対応するサブピクセルに入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかを透過し、それ以外の光を反射させて再利用することにより、所定の波長の光を対応するサブピクセルに効率良く導くことができるため、極めて光利用効率が高く、低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

この構成において、反射型カラーフィルタ２０は、干渉フィルタを応用して構成しており、厚みは１μm程度であるので、液晶パネル１８に内蔵し易く、また特定波長に対して極めて高い透過率が実現できる。加えて、狭波長幅のレーザ光を出射するレーザ光原１１を備えた構成としているので、反射型カラーフィルタ２０のピークの特性を利用することができ、効果的に光利用効率を向上させることができる。

また、レーザ光原１１を用いることにより、偏光が利用できるとともに、指向性を利用して偏光を乱さずに液晶パネル１８にレーザ光１２を導ける。これにより、偏光板１８ｂでの光量の損失が抑えられ、さらに光利用効率を向上させることができる。

さらに、レーザ光１２を用いることにより、優れた色再現性を実現できる。また、液晶パネル１８に対して略垂直にレーザ光１２を入射させる構成により、高いコントラストが得られる。この結果、極めて高画質の液晶表示装置を実現できる。また、導光板１６を用いたエッジライト型の構成により、装置全体を非常に薄型に構成することができる。

ところで、本実施の形態では、レーザ光１２が反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７との間で反射を繰り返す（以下、リサイクルとする）構成となっているため、このリサイクル動作の間に偏光板１８ｂを何度も通過する。このため、偏光板１８ｂの透過率はリサイクルされる光の利用効率に大きく影響する。通常、一般的な偏光板では、偏光板の透過軸と偏光方向を一致させて光を入射させても、透過率は８０〜８５％程度であるが、本構成では、繰り返し透過する際の光量損失を抑えるため、偏光板１８ｂの透過率は少なくとも９０％以上であることが望ましい。

図３は、一般的な偏光板の特性を示す特性図であり、横軸はランダム偏光の光を入射させた場合の透過率（％）、縦軸は偏光度（％）を示している。ここで、偏光度とは、偏光板を透過軸が平行となるように重ねた時のランダム偏光の透過率をＴ１、透過軸が直交するように重ねた時のランダム偏光の透過率をＴ２としたときに、
Ｐ＝√(（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）)×100（％）
で表される値である。

図３の特性曲線２３から分かるように、一般的な偏光板では、透過率を上げると偏光度が低下する。この傾向は、すべての偏光板において共通であり、偏光板の偏光依存性を弱めることで透過率が上がることを示している。この偏光度が低いと液晶パネル１８に入射するレーザ光１２の消光比が低下し、液晶パネル１８から出射される画像のコントラストを低下させてしまう。このため従来の液晶パネルでは、偏光度は９９％以上が必要とされ、透過率は４０〜４２．５％程度（例えば、特性２３ａ）となるように構成されている。すなわち、透過軸と平行な偏光成分の透過率は８０〜８５％程度となる。

一方、本実施の形態では、導光板１８ｂの透過率を９０％以上に設定するのが望ましいため、偏光板の偏光度を下げる（例えば、特性２３ｂ）こととなる。このとき、コントラストの低下が著しい場合は、導光板１６と導光棒１５との間に、例えば偏光素子をもう一枚挿入して、偏光板１８ｂに入射する前にレーザ光１２の消光比を高める構成とするのが望ましい。

図４は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の他の実施形態を示す断面図であり、図１Ｂに示した構成に、偏光素子２４を挿入した構成を示している。このように構成すると、偏光素子２４で導光板１６に入射するレーザ光１２の消光比を高められるので、偏光板１８ｂの偏光度を下げることによるコントラストの低下を防ぐことができる。また、リサイクル中に偏光が回っても偏光板１８ｂを通過することにより高い消光比を維持できる。加えて、リサイクル中の光量の損失も減らせるので、さらに低消費電力で高コントラストの液晶表示装置が実現できる。

あるいは、偏光板１８ｂの代わりに、透過率の高い他の偏光分離素子を用いてもよい。図５Ａないし図５Ｃは、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置のさらに別の実施形態を示す概略構成図で、図５Ａは液晶表示装置３０の主要部分の断面図、図５Ｂは図５Ａにおける偏光ホログラム３１の拡大図、図５Ｃは図５Ａにおける視野角制御フィルム３２の拡大図を示している。

図５Ａの構成は、図１Ｂの偏光板１８ｂに代えて偏光ホログラム３１（偏光分離素子）を配置しており、液晶パネル１８とクロスレンチキュラレンズ１９との間に視野角制御フィルム３２を挿入している点で図１Ｂの構成と異なっている。その他の構成については、図１Ｂの構成と同様であるため、同じ参照符号を付してその説明を省略する。

ここで、偏光ホログラム３１は、図５Ｂに示すように、光学的等方性材料３１ａと光学的異方性材料３１ｂとからなり、両者の境界は鋸歯状に形成されている。そして、光学的異方性材料３１ｂは、図中のｘ軸方向の偏光成分（第１の偏光成分）の光が通常光線、ｙ軸方向の偏光成分（第２の偏光成分）の光が異常光線となるように構成されている。また、光学的異方性材料３１ｂの通常光線の屈折率と、光学的等方性材料３１ａの屈折率とは等しくなるように構成され、光学的異方性材料３１ｂの異常光線の屈折率は通常光線の屈折率より大きくなるように構成されている。

また、視野角制御フィルム３２は、図５Ｃに示すように、ルーバー３２ａが平行配列されたシートで構成され、ルーバー３２ａは斜めに入射した光を吸収するように構成されている。

なお、干渉フィルタで構成された反射型カラーフィルタ２０の分光特性は角度依存性を持ち、入射角が大きくなると透過する波長が短波長側にずれる特性を有している。これにより入射角の大きなＲＧＢ光を反射させるフィルタとしても機能させることができる。

このように構成された液晶表示装置３０では、図示を省略しているが、図１Ａに示した構成と同様に、Ｒ光源、Ｇ光源、およびＢ光源から同じ偏光方向でＲ光、Ｇ光およびＢ光が光源ごとにコリメートされて出射し、ダイクロイックミラーによりレーザ光１２としてまとめられて導光棒１５に入射し、導光棒１５から偏光の揃った均一なレーザ光１２が出射する。導光棒１５から出射したレーザ光１２は、側面１６ａに対して例えば入射角が２度以下の略平行な状態で導光板１６に入射する。

このとき、導光板１６に入射するレーザ光１２の偏光方向をｚ軸方向とすると、導光板１６に入射したレーザ光１２は、対向面１６ｃに形成された偏向面１６ｄで全反射して主面１６ｂに向かって偏向され、ｘ軸方向の偏光となって主面１６ｂから当該主面１６ｂに対して略垂直に出射して偏光ホログラム３１に入射する。

ここで、偏光ホログラム３１は、ｘ軸方向の偏光成分１２ａ（液晶パネル１８での画像表示に必要な第１の偏光成分）に対しては、光学的等方性材料３１ａと光学的異方性材料３１ｂの屈折率が等しいため、光学的等方性材料３１ａと光学的異方性材料３１ｂの境界が光学的に存在しない状態となる。このため、偏光ホログラム３１に入射した偏光成分１２ａはそのまま透過する。

一方、偏光ホログラム３１は、ｙ軸方向の偏光成分１２ｂ（画像表示に不要な第２の偏光成分）に対しては、光学的等方性材料３１ａと光学的異方性材料３１ｂの間に屈折率差があるため、鋸歯状の位相段差を持つブレーズ型の回折素子となる。このため、偏光ホログラム３１に入射した偏光成分１２ｂは回折する。

偏光ホログラム３１を透過したレーザ光１２の偏光成分１２ａは反射型カラーフィルタ２０に到達し、所定のフィルタ領域に入射した所定の光のみが透過して出射光２１ａとして反射型カラーフィルタ２０を出射し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ２０で反射する。反射型カラーフィルタ２０で反射された偏光成分１２ａは、反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７（リサイクル部）との間で反射を繰り返し、最終的には対応するフィルタ領域に入射して、出射光２１ａとして反射型カラーフィルタ２０を出射する。

ここで、偏光ホログラム３１は偏光成分１２ａに対しては透過率の高い平板として機能するため、リサイクルの間に吸収あるいは散乱によって失われる光量は僅かである。このため、偏光成分１２ａは効率よく波長分離されて反射型カラーフィルタ２０の各領域から出射する。

一方、偏光ホログラム３１で回折したレーザ光１２の偏光成分１２ｂは、反射型カラーフィルタ２０に特定の入射角度で入射し、反射型カラーフィルタ２０の分光特性の角度依存性により大部分は反射される。反射型カラーフィルタ２０で反射された偏光成分１２ｂは、反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７との間で反射を繰り返し、最終的には導光板１６の側面１６ａ側から迷光として出射し、図示していない筐体やカバー等により吸収される。

反射型カラーフィルタ２０を透過した出射光２１ａは、液晶層１８ｃで偏光方向が変調され、偏光板１８ａで所定の偏光成分のみが出射することにより、サブピクセル毎に輝度変調されて液晶パネル１８から出射し、視野角制御フィルム３２に入射する。このとき、レーザ光１２の偏光成分１２ｂの一部も反射型カラーフィルタ２０を透過し、同様に、出射光２１ｂとして視野角制御フィルム３２に入射する。

視野角制御フィルム３２に入射した出射光２１ａは、視野角制御フィルム３２に対して略垂直に入射するため、そのまま透過してクロスレンチキュラレンズ１９により拡散され、広い視野角で明るい画像が表示される。一方、視野角制御フィルム３２に入射した出射光２１ｂは、入射角が大きいため視野角制御フィルム３２で吸収される。

したがって、偏光ホログラム３１を透過した偏光成分１２ａのみが画像表示に使われ、偏光成分１２ｂは液晶表示装置３０の画面から出射することはない。

以上に説明したように本実施の形態１の別の形態である液晶表示装置３０は、液晶パネル１８のバックライト側の偏光板を偏光ホログラム３１に置き換えることにより、画像表示に必要な偏光成分である偏光成分１２ａの透過率をさらに向上させることができる。これにより、反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７との間で反射を繰り返す間に生じる、偏光成分１２ａの光量低下をさらに抑制することができる。

また、偏光ホログラム３１は、回折格子の形状をブレーズ化しているので、高い回折効率が得られる。加えて、レーザ光１２は反射型カラーフィルタ２０と反射シート１７との間で反射を繰り返す間に、何度も偏光ホログラム３１を透過するため、出射光２１ａは極めて高い消光比を実現でき、高コントラストの画像を表示できる。

また、不要な偏光成分である偏光成分１２ｂは、反射型カラーフィルタ２０で反射させる、あるいは、視野角制御シート３２で吸収させることにより、液晶表示装置３０の画面から出射されないので、コントラストの低下を防ぐことができる。したがって、極めて低消費電力でコントラストも高く、薄型の液晶表示装置を実現できる。

なお、図５Ａないし図５Ｃに示した構成において、偏光ホログラム３１の代わりに、特定の偏光成分は透過し、それ以外の偏光成分は屈折あるいは散乱するように構成した偏光選択性のプリズムや拡散層を配置しても同様の効果がある。

また、本実施の形態において、液晶パネル１８は、液晶層１８ｃを駆動する透明電極、およびＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を具備する。これら透明電極およびＴＦＴも透過率は１００％ではないので、これらがリサイクル光路中に配置されていると、偏光板１８ｂでリサイクル光の光量損失が生じるのと同様に、透明電極およびＴＦＴを繰り返し透過する度にリサイクル光の一部が失われ、リサイクル光の利用効率を低下させてしまう。したがって、反射型カラーフィルタ２０を、透明電極およびＴＦＴよりも導光板１６側に配置し、リサイクル光路中に透明電極およびＴＦＴが存在しないように構成することが望ましい。つまり、透明電極およびＴＦＴは、反射型カラーフィルタ２０と液晶層１８ｃの間、あるいは、液晶層１８ｃとガラス基板１８ｄの間に配置するのが望ましい。

具体的には、図１２Ａに示すように、反射型カラーフィルタ２０が前記液晶層１８ｃよりも導光板１６側に配置され、透明電極およびＴＦＴが形成された液晶駆動層２５が液晶層１８ｃと反射型カラーフィルタ２０との間に配置された構成とすることができる。あるいは、図１２Ｂに示すように、反射型カラーフィルタ２０が前記液晶層１８ｃよりも導光板１６側に配置され、透明電極およびＴＦＴが形成された液晶駆動層２５が液晶層１８ｃを挟んで反射型カラーフィルタ２０の反対側に配置された構成とすることができる。図１２Ａまたは図１２Ｂに示すように構成すると、さらに光利用効率が向上し、低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

なお、上記では液晶駆動素子（アクティブ素子）としてＴＦＴを用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、他の液晶駆動素子、例えばＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）等を用いることも可能である。

また、本実施の形態では、レーザ光源１１を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、光源に発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする）あるいは、スーパールミネッセントダイオード（以下、ＳＬＤとする）を用いることもできる。このＳＬＤはレーザ光源なみの高輝度でありながらＬＥＤのような低干渉性を併せ持った光源である。これらの光源を用いると、スペックルノイズの影響が出にくいので、画質を向上させることができる。

ただし、このようなＬＥＤやＳＬＤ等を用いた光源の光はレーザ光よりも波長幅が広いため、反射型カラーフィルタの透過波長幅が広くなるように構成する必要がある。このような構成は、図２Ａに示した膜構造よりも欠陥層２０ｃの層数を増やすことにより実現できる。

また、ＬＥＤやＳＬＤ等を用いた無偏光の光源を適用する場合、導光板１６に偏光を揃えて入射させる構成が必要であるが、この構成は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で偏光分離し、分離した一方の光を１／２波長板で偏光回転させる等の方法で実現できる。この構成例を、図１３Ａおよび図１３Ｂに示している。図１３Ａは液晶表示装置１０の主要部分の断面図、図１３Ｂは図１３ＡにおけるＡ部の拡大図である。図１３Ａに示すように、液晶表示装置１０は、光源８１と、偏光ビームスプリッタ８２と、１／２波長板８３とを備えている。偏光ビームスプリッタ８２および１／２波長板８３は、光源８１から出射された光の偏光成分を揃える偏光変換素子を構成する。

光源８１は、ＬＥＤやＳＬＤ等を用いた無偏光の光源であり、図示しないコリメータを有し、平行光を出射する。図１３Ｂに示すように、偏光ビームスプリッタ８２は、光源８１から出射された光が入射する位置に形成されたＰＢＳ面８２ａを有する。このＰＢＳ面８２ａは、光源８１から出射された光における一方の偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）を透過する一方、他方の偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）を反射する。また、偏光ビームスプリッタ８２は、ＰＢＳ面８２ａで反射されたＳ偏光成分の光を反射するミラー面８２ｂを有する。このミラー面８２ｂは、ＰＢＳ面８２ａを透過したＰ偏光成分の光の進行方向と略同一の方向に、Ｓ偏光成分の光を偏向する機能を有する。

１／２波長板８３は、ミラー面８２ｂで反射されたＳ偏光成分の光が入射する位置に設けられ、当該Ｓ偏光成分の光の偏光を９０度回転させる偏光変換プリズムとして機能する。この１／２波長板８３においてＳ偏光成分の光が９０度回転してＰ偏光となる。よって、ＰＢＳ面８２ａを透過して偏光ビームスプリッタ８２を出射した光と１／２波長板８３を出射した光は、共にＰ偏光として偏光の方向が揃った状態となる。これらの偏光ビームスプリッタ８２および１／２波長板８３は、光源８１と導光板１６との間の光路中に設けられて、当該導光板１６に入射する光の消光比を向上させる偏光素子として機能する。

図１３Ａに示すように、偏光ビームスプリッタ８２および１／２波長板８３を出射して偏光の方向が揃った光（この例ではＰ偏光）は、導光棒１５に入射する。導光棒１５は、その側面が入射する偏光に対して平行または垂直であり、偏光を保持したまま偏向する。このようにして導光棒１５からは、偏光の揃った均一な光が出射し、導光棒１５から出射した光は、側面１６ａに対して例えば入射角が２度以下の略平行な状態で導光板１６に入射する。光が導光板１６に入射した以降の動作は、図１Ａに示した構成と同一のため、その説明を省略する。

また、ＬＥＤやＳＬＤ等を用いた無偏光の光源を適用する場合において、導光板１６に偏光を揃えて入射させる他の構成例を、図１４Ａおよび図１４Ｂに示している。図１４Ａは液晶表示装置１０の主要部分の断面図、図１４Ｂは図１４Ａにおける光源、偏光ビームスプリッタおよび１／２波長板を示す概略の平面図である。図１４Ａに示すように、液晶表示装置１０は、光源９１と、偏光ビームスプリッタ９２と、１／２波長板９３とを備えている。偏光ビームスプリッタ９２および１／２波長板９３は、光源９１から出射された光の偏光成分を揃える偏光変換素子を構成する。図１４Ａの構成は、導光棒を用いていない点で図１３Ａの構成と相違する。

光源９１は、ＬＥＤやＳＬＤ等を用いた無偏光の光源であり、図示しないコリメータを有し、平行光を出射する。光源９１は、導光板１６の側面１６ａに均一な光が入射できるように、所定間隔をおいて複数設けている。図１４Ｂに示すように、偏光ビームスプリッタ８２は、導光板１６の側面１６ａに沿って設けられており、各光源９１から出射された光が入射するそれぞれの位置に形成されたＰＢＳ面９２ａを有する。各ＰＢＳ面８２ａは、光源９１から出射された光における一方の偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）を透過する一方、他方の偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）を反射する。また、偏光ビームスプリッタ９２は、各ＰＢＳ面９２ａで反射されたＳ偏光成分の光をそれぞれ反射するミラー面９２ｂを有する。各ミラー面９２ｂは、ＰＢＳ面９２ａを透過したＰ偏光成分の光の進行方向と略同一の方向に、Ｓ偏光成分の光を偏向する機能を有する。

１／２波長板９３は、各ミラー面９２ｂで反射されたＳ偏光成分の光がそれぞれ入射する位置に設けられ、当該Ｓ偏光成分の光の偏光を９０度回転させる偏光変換プリズムとして機能する。この１／２波長板９３においてＳ偏光成分の光が９０度回転してＰ偏光となる。よって、各ＰＢＳ面９２ａを透過して偏光ビームスプリッタ９２を出射した光と各１／２波長板９３を出射した光は、共にＰ偏光として偏光の方向が揃った状態となる。これらの偏光ビームスプリッタ９２および１／２波長板９３は、光源９１と導光板１６の間の光路中に設けられて、当該導光板１６に入射する光の消光比を向上させる偏光素子として機能する。

偏光ビームスプリッタ９２および各１／２波長板９３を出射して偏光の方向が揃った光（この例ではＰ偏光）は、側面１６ａに対して例えば入射角が２度以下の略平行な状態で導光板１６に入射する。光が導光板１６に入射した以降の動作は、図１Ａに示した構成と同一のため、その説明を省略する。

なお、導光板１６に僅かな複屈折がある場合、導光板１６に入射する前に入射光の消光比を高めても、導光板１６内を伝搬する間に消光比が低下してしまう。このような場合は、偏光板１８ｂあるいは、その代わりの偏光素子の特性を場所に応じて調整し、面内で均一のコントラストとなるように構成する。具体的には、偏光板１８ｂの特性を、導光板１６の入射側から離れるに従い偏光度が上がるように構成する。そのような構成により複屈折があってもコントラストの高い液晶表示装置が提供できる。

（実施の形態２）
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置４０を示す概略構成図で、図６Ａは液晶表示装置４０の主要部分の断面図、図６Ｂは図６Ａにおけるワイヤグリッド偏光板４１の拡大図を示している。

図６Ａの構成において、図４の構成と異なるのは、液晶パネル１８のバックライトユニット側の偏光板を廃止したこと、および、反射シートの代わりにワイヤグリッド偏光板４１（偏光分離部）を配置したことのみであり、その他の構成要素は同じであるので、同じ符号を付し説明を省略する。ただし、導光板１６および液晶パネル１８に入射するレーザ光１２（照明光）の偏光方向は、実施の形態１と異なり、図中のｙ軸方向の偏光となるように構成されている。

図６Ｂに示すように、ワイヤグリッド偏光板４１は、樹脂フィルム基板４１ａの表面に、例えばアルミニウム等の金属で構成された微細格子４１ｂが特定のピッチで形成されている。

この微細格子４１ｂのピッチは、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍの入射光に比べて、例えば当該波長の１／２以下の、十分小さいピッチで構成されており、本実施例ではこの微細格子４１ｂはｙ軸方向に沿って形成されている。

これにより、ワイヤグリッド偏光板４１は、微細格子４１ｂの格子方向に対して平行なｙ軸方向の偏光成分（第１の偏向成分）の光をほとんど反射し、微細格子４１ｂの格子方向に対して垂直なｘ軸方向の偏光成分（第２の偏向成分）の光をほとんど透過させる反射型の偏光板として機能するように構成されている。

このように構成された液晶表示装置４０では、図示を省略しているが、実施の形態１と同様に、Ｒ光源、Ｇ光源、およびＢ光源から同じ偏光方向でＲ光、Ｇ光およびＢ光が光源ごとにコリメートされて出射し、ダイクロイックミラーによりレーザ光１２としてまとめられて導光棒１５に入射し、導光棒１５から偏光の揃った均一なレーザ光１２が出射する。このレーザ光１２は、偏光素子２４を透過して消光比がさらに向上し、側面１６ａに対して例えば入射角が２度以下の略平行な状態で導光板１６に入射する。

このとき、導光板１６に入射するレーザ光１２の偏光方向をｙ軸方向とすると、導光板１６に入射したレーザ光１２は、対向面１６ｃに形成された偏向面１６ｄで全反射して主面１６ｂに向かって偏向され、ｙ軸方向の偏光のまま主面１６ｂから当該主面１６ｂに対して略垂直に出射して高い消光比のまま液晶パネル１８に入射し、反射型カラーフィルタ２０に到達する。

反射型カラーフィルタ２０に到達したレーザ光１２は、所定のフィルタ領域に入射した所定の光のみが透過して出射光２１として反射型カラーフィルタ２０を出射し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ２０で反射する。反射型カラーフィルタ２０で反射されたレーザ光１２は、液晶パネル１８から導光板１６に戻り、導光板１６を通過してワイヤグリッド偏光板４１に入射する。

ここで、レーザ光１２のうち、ｙ軸方向の偏光成分１２ａ（液晶パネル１８での画像表示に必要な第１の偏光成分）は、ワイヤグリッド偏光板４１で反射される一方、ｘ軸方向の偏光成分１２ｂ（画像表示に不要な第２の偏光成分）は、ワイヤグリッド偏光板４１を透過する。ワイヤグリッド偏光板４１で反射したレーザ光１２は、再び導光板１６を通過して液晶パネル１８に入射し、同様に反射型カラーフィルタ２０の所定のフィルタ領域に入射した所定の光のみが透過し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ２０で反射する。レーザ光１２のｙ軸方向の偏光成分１２ａは、このようにリサイクルを繰り返し、最終的には対応するフィルタ領域に入射して、出射光２１として反射型カラーフィルタ２０を出射する。このとき、リサイクルの間に偏光が回転することもあるが、不要な偏光成分である偏光成分１２ｂは、ワイヤグリッド偏光板４１を透過して排除されるため、反射型カラーフィルタ２０には常に消光比の高い光が入射することとなる。

波長分離されて反射型カラーフィルタ２０を透過した出射光２１は、実施の形態１と同様に、液晶層１８ｃで偏光方向が変調され、偏光板１８ａで所定の偏光成分のみが出射することにより、サブピクセル毎に輝度変調されて液晶パネル１８から出射し、クロスレンチキュラレンズ１９により拡散され、広い視野角で明るい画像が表示される。

以上に説明したように本実施の形態２の液晶表示装置４０は、実施の形態１と同様に、レーザ光１２をリサイクルさせながら、各サブピクセルに効率よくＲ光、Ｇ光、Ｂ光を導くと共に、リサイクルの間の光量の損失や消光比の低下を防ぐことができる。これにより、極めて低消費電力でコントラストも高く、薄型の液晶表示装置を実現できる。

さらに、偏光分離の機能を反射シートの代わりに配置したワイヤグリッド偏光板４１で実現している。これにより、液晶パネル１８のバックライト側の偏光板を廃止しているため、部品点数が削減でき低コスト化が図れる。

ここで、ワイヤグリッド偏光板４１は、例えば、ナノインプリント技術を使うことにより製造されるが、樹脂フィルム上に加工することにより、ロール・ツー・ロール製造技術が採用できるので、低コストで大量生産が可能である。また、ワイヤグリッド偏光板４１は、軽量であり、切断等の加工も容易なため、反射シートと比較して組立工数は大きく変わらない。したがって、量産性のよい液晶表示装置が実現できる。

なお、ワイヤグリッド偏光板４１はエッチング等、他の方法で作製してもよく、作製方法に依存することなく本実施の形態の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、レーザ光１２が導光板１６に入射する直前に偏光素子２４で消光比を向上させる構成としているが、導光板の対向面に配置された偏向面に偏光分離機能を持たせるように構成してもよい。

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の他の実施形態を示す概略構成図で、図７Ａは液晶表示装置５０の主要部分の断面図、図７Ｂは図７Ａにおける７Ａ部の拡大図を示している。

図７Ａの構成において、図６Ａの構成と異なるのは、偏光素子２４を廃止したこと、および、導光板１６に代えて導光板５１を適用したのみであり、その他の構成要素は同じであるので、同じ符号を付し説明を省略する。

ここで、導光板５１は、図７Ａに示すように、主面５１ｂに対向する面に、対向面５１ｃと偏向面５１ｄを有している。また、図７Ｂに示すように、この偏向面５１ｄには微細格子５２が形成され、微細格子５２の先端に高屈折率層５３が形成されている。

この微細格子５２は、周期をΛ、入射角をθとしたとき、Λ（ｃｏｓθ）が入射するレーザ光１２の波長よりも小さくなるように構成されており、高屈折率層５３は、導光板５１における高屈折率層５３以外の部位の屈折率より少なくとも０．６５以上屈折率の大きな材料で構成されている。例えば、導光板５１における高屈折率層５３以外の部位に屈折率１．４９程度のアクリル、高屈折率層５３に屈折率２．４程度の酸化チタンを用いることができる。

このような構成は、例えば、国際出願文献のＷＯ２００７／０７７６５２号公報にも記載されているように、ＴＥ偏光（ｓ偏光）を反射し、ＴＭ偏光（ｐ偏光）を透過させることができるので、導光板５１に入射したレーザ光１２のうち、液晶パネル１８の画像表示に必要な偏光成分１２ａのみを偏向して液晶パネル１８に入射させることができる。

したがって、このように構成すると、導光板５１に入射させる前に消光比を向上させるための偏光素子が不要になり、部品点数を削減できる。また、レーザ光１２が入射する側面から偏向面までの距離が長いと、その間で偏光が回転して消光比が低下する可能性があるが、図７Ａ及び図７Ｂの構成のように導光板５１の偏向面５１ｄに偏光分離機能を持たせると、主面５１ｂ全体から消光比の高いレーザ光１２を出射させることができ、大画面であってもコントラストが均一に高い高品質の画像を表示することができる。

また、偏光分離を行う微細格子５２は、導光板５１と一体に成形できる。このため、簡単な工程で製作でき、量産性に優れている。

なお、図６Ａおよび図７Ａに示した本実施の形態では、偏光分離とリサイクル反射の機能をワイヤグリッド偏光板４１で実現している。しかしながら、上記の構成に限定されるものでははく、ワイヤグリッド偏光板４１の代わりに、屈折率の異方性を有する誘電体膜を積層し、特定の方向の偏光成分（画像表示に不要な第２の偏向成分）の光を透過する一方、それと直交する偏光成分（液晶パネル１８での画像表示に必要な第１の偏向成分）の光を反射するように構成した偏光反射シート４１’を用いても同様の効果が得られる。さらに、このように構成すると、偏光成分１２ａの反射率をより高くすることができるので、リサイクル中に失われる光量をさらに低減でき、より低消費電力の液晶表示装置を実現できる。

また、図７Ｂに示す構成において偏光面５１ｄに微細格子５２の代わりに誘電体多層膜からなる偏光分離膜を形成してもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ｂに示した実施形態の導光板の他の実施形態を示す概略構成図で、図８Ａは導光板の概略斜視図、図８Ｂは図８Ａの８Ａ部の拡大図を示している。

図８Ａにおいて、偏向面５１ｄにはＰ偏光を透過する一方でＳ偏光を反射する偏光分離膜５４が形成されている。また、対向面５１ｃにも主面５１ｂに対して略４５度の斜面がＶ字となるように形成され、各斜面にはＰ偏光（第２の偏向成分の光）を透過する一方でＳ偏光（第１の偏向成分の光）を反射する誘電体多層膜からなる偏光反射膜５５が形成されている。

図８Ａに示すように、偏光分離膜が形成された偏光面５１ｄにＳ偏光成分の光（偏光成分１２ａ）が入射すると、略９０度偏向されて、主面５１ｄに対して略垂直に導光板５１から出射する。一方、偏向面５１ｄに入射するＰ偏光成分の光（偏光成分１２ｂ）は偏向面５１ｄを透過し、導光板５１の背面から出射する。このとき、偏向面５１ｄは、誘電体多層膜により、Ｐ偏光透過率およびＳ偏光反射率がそれぞれ高い偏光分離膜５４を形成できるので、高い消光比の照明光を導光板５１から均一に出射させることができる。

また、図８Ｂに示すように、導光板５１の対向面５１ｃに形成されたＶ字溝の一方の斜面に、主面５１ｂに対して略垂直な方向から入射するＳ偏光成分の光（偏光成分１２ａ）は、当該斜面に形成された偏光反射膜５５で反射して略９０度偏向され、もう一方の斜面に入射して再び略９０度偏向され、主面５１ｂに対して略垂直方向に戻っていく。一方、同様に入射したＰ偏向成分の光（偏光成分１２ｂ）はＶ字溝を透過し、Ｓ偏光成分の光と分離される。これにより、導光板５１の対向面５１ｃで偏光を分離しながら必要な偏光成分１２ａのみを反射できるので、ワイヤグリッド偏光板４１を廃止することができ、より低コストの液晶表示装置を実現できる。

（実施の形態３）
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置を示す概略構成図で、図９Ａは液晶表示装置６０の主要部分の断面図、図９Ｂは図９Ａにおける反射型カラーフィルタ６１の膜構造を示した模式図である。

図９Ａの構成において、図１Ａの構成と異なるのは、液晶パネル１８のバックライトユニット側の偏光板を廃止し、導光板１６の側面１６ａに隣接して偏光素子２４を配置したこと、および、反射型カラーフィルタの構造を変えたこと、のみであり、その他の構成要素は同じであるので、同じ符号を付し説明を省略する。なお、導光板１６および液晶パネル１８に入射するレーザ光１２の偏光方向は、実施の形態１と異なり、図中のｙ軸方向の偏光となるように構成されている。

図９Ｂに示すように、反射型カラーフィルタ６１は、低屈折率材料（例えば二酸化珪素（ＳｉＯ_２））で構成された低屈折率層６１ａと、高屈折率材料（例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２））で構成された高屈折率層６１ｂと、入射する光の波長より細かい周期構造の微細格子からなる欠陥層６１ｃを積層して構成されている。欠陥層６１ｃの微細格子は、高屈折率材料（例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２））で形成することができる。ここで、低屈折率層２０ａおよび高屈折率層２０ｂの各層の厚みは、それぞれ物理膜厚に屈折率を乗じて得られる光学膜厚が設定波長（例えば５３５ｎｍ）の１／４に略等しくなるように構成されており、各領域６１ｒ、６１ｇ、６１ｂにおいて同じ膜厚となるように構成されている。

欠陥層６１ｃにおける周期構造の微細格子とは、格子部と空間部（空気層）とが周期的に繰り返される構造を有するものであり、当該微細格子の形成方向は反射型カラーフィルタ６１の表面（主面）に対して略垂直方向になっている。また、欠陥層６１ｃは、領域ごとに微細格子のデューティ比（格子部と空間部との厚みの比）を変えることにより、それぞれ異なる実効屈折率を持つように構成されている。これにより欠陥層６１ｃの光学膜厚を領域ごとに変え、各領域がＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかの光を透過し、それ以外の光を反射するように構成している。すなわち、反射型カラーフィルタ６１において、領域６１ｒはＲ光を透過する一方でＧ光およびＢ光を反射し、領域６１ｇはＧ光を透過する一方でＲ光およびＢ光を反射し、領域６１ｂはＢ光を透過する一方でＲ光およびＧ光を反射することとなる。さらに、欠陥層６１ｃを微細格子で構成することにより、格子に沿った方向の偏光（以下、ＴＥ偏光）とそれと直交する偏光（以下、ＴＭ偏光）に対して、反射型カラーフィルタ６１の分光特性が変わるように構成している。

図１０は反射型カラーフィルタ６１の領域６１ｇの分光特性を示した特性図を示しており、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）を示している。また、分光特性６２ａはＴＥ偏光に対する特性、分光特性６２ｂは、ＴＭ偏光に対する特性を示している。図１０に示すように、反射型カラーフィルタ６１はＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する分光特性が異なり、例えば、領域６１ｇに波線で示した波長の光（Ｇ光）がＴＥ偏光で入射すると、ほぼ１００％が透過し、ＴＭ偏光で入射すると２０％が透過し、残りは反射する。

なお、欠陥層６１ｃの微細格子の屈折率を上げることにより、分光特性６２ａと６２ｂの透過率のピーク波長の差を広げることができる。加えて、反射型カラーフィルタ６１の多層膜の層数を増やす等、膜構造を工夫することにより、分光特性６２ｂにおけるＧ光の透過率をさらに下げることができる。すなわち、例えばＧ光に対してＴＥ偏光をほぼ透過し、ＴＭ偏光をほぼ反射するように構成することもできる。このような特性は、狭波長幅のレーザ光を用いることにより、効果的に発揮される。

このように構成された液晶表示装置６０では、図示を省略しているが、実施の形態１と同様に、Ｒ光源、Ｇ光源、およびＢ光源から同じ偏光方向でＲ光、Ｇ光およびＢ光が光源ごとにコリメートされて出射し、ダイクロイックミラーによりレーザ光１２としてまとめられて導光棒１５に入射し、導光棒１５からｙ軸方向の偏光の揃った均一なレーザ光１２が出射する。このレーザ光１２は、偏光素子２４を透過して消光比がさらに向上し、側面１６ａに対して例えば入射角が２度以下の略平行な状態で導光板１６に入射する。

導光板１６に入射したレーザ光１２は、対向面１６ｃに形成された偏向面１６ｄで全反射して主面１６ｂに向かって偏向され、主面１６ｂから主面１６ｂに対して略垂直に出射し、ｙ軸方向の偏光で高い消光比のまま液晶パネル１８に入射し、反射型カラーフィルタ６１に到達する。

ここで、レーザ光１２はＴＥ偏光で反射型カラーフィルタ６１に入射し、所定のフィルタ領域に入射した所定の光のみが透過して出射光２１として反射型カラーフィルタ６１から出射し、それ以外の光は反射型カラーフィルタ６１で反射する。このとき、レーザ光１２に僅かに含まれるＴＭ偏光成分の大部分が反射するので、出射光２１の消光比はさらに向上する。

反射型カラーフィルタ６１で反射されたレーザ光１２は、液晶パネル１８から導光板１６に戻り、導光板１６を通過して反射シート１７で反射され、再び導光板１６を通過して液晶パネル１８に入射し、再び反射型カラーフィルタ６１に入射する。レーザ光１２のｙ軸方向の偏光成分１２ａ（液晶パネル１８での画像表示に必要な第１の偏光成分）は、このようにリサイクルを繰り返し、最終的には対応するフィルタ領域に入射して、出射光２１として出射する。

また、画像表示に不要な第２の偏光成分である偏光成分１２ｂは、反射型カラーフィルタ６１と反射シート１７との間で反射を繰り返し、一部は偏光が回転して偏光成分１２ａとなり（すなわち、不要な偏光成分もリサイクルできることとなり）、残りは最終的に導光板１６の側面などから出射し、図示していない筐体やカバー等に吸収される。

波長分離されて反射型カラーフィルタ６１を透過した出射光２１は、実施の形態１と同様に、液晶層１８ｃで偏光方向が変調され、偏光板１８ａで所定の偏光成分のみが出射することにより、サブピクセル毎に輝度変調されて液晶パネル１８から出射し、クロスレンチキュラレンズ１９により拡散され、広い視野角で明るい画像が表示される。

以上に説明したように本実施の形態３の液晶表示装置６０は、実施の形態１と同様に、レーザ光１２をリサイクルさせながら、各サブピクセルに効率よくＲ光、Ｇ光、Ｂ光を導くと共に、リサイクルの間の光量の損失や消光比の低下を防ぐことができるので、極めて低消費電力でコントラストも高く、薄型の液晶表示装置を実現できる。

さらに、偏光分離の機能を反射型カラーフィルタ６１で実現することにより、液晶パネル１８のバックライト側の偏光板を廃止して部品点数が削減できる。また、不要な偏光成分もリサイクルすることにより、さらに効率を向上させることができる。これにより、さらに低コストで低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

ここで、反射型カラーフィルタ６１の欠陥層６１ｃの微細格子は、例えば、ナノスケール（ｎｍスケール）の微小な凹凸のあるモールド（鋳型）を被加工材料に押し付ける製作方法（ナノインプリント）を用いることにより、安価かつ高スループットで作製できるので、エッチング等で領域ごとに膜厚を変える構造よりも低コストで製造でき、量産性も高い。

また、領域ごとの膜厚が均一であり、段差がないため、この反射型カラーフィルタ６１の上に透明電極やＴＦＴを形成する構成とする場合に、反射型カラーフィルタ６１の上面の平滑化処理が不要となる。

なお、本実施の形態では、反射型カラーフィルタ６１に偏光分離機能を持たせる構成としたが、反射型カラーフィルタと液晶層１８ｃとの間に偏光分離機能を有する層を挿入してもよい。図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の実施の形態３に係る他の液晶表示装置を示す概略構成図で、図１１Ａは液晶表示装置７０の主要部分の断面図、図１１Ｂは図１１Ａにおける反射型カラーフィルタ７１の膜構造を示した模式図である。図１１Ａの構成において、図９Ａの構成と異なるのは、反射型カラーフィルタ７１のみであり、その他の構成要素は同じであるので、同じ符号を付し説明を省略する。

図１１Ｂに示すように、反射型カラーフィルタ７１は、ガラス基板１８ｅ上に実施の形態１で示した反射型カラーフィルタ２０と同じ構造のカラーフィルタ部７１ａが形成され、その上にワイヤグリッド偏光板７１ｂが形成されている。

このように構成しても、反射型カラーフィルタ７１に入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光のうち、所定の領域に入射した所定の波長の光のみを透過させ、それ以外を反射させてリサイクルすることができ、さらに、ワイヤグリッド偏光板７１ｂで不要な偏光成分も反射させてリサイクルすることができるので、極めて高い光利用効率が得られる。

また、この構成は、ワイヤグリッド偏光板７１ｂにより高い偏光度を実現できるので、反射型カラーフィルタ７１を透過する出射光２１の消光比をさらに向上させることができ、より高いコントラストを実現できる。あるいは、偏光素子２４を廃止しても高いコントラストを実現できるので、低コスト化が図れる。

なお、本発明の実施の形態１〜３に示した構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更を行うことができる。また全ての構成はどのように組み合わせてもよく、それぞれ本発明固有の効果を発揮することは言うまでもない。

以上のように、本発明の一局面に係る液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタ、および、前記反射型カラーフィルタよりも前記導光板側に配置された偏光板を有し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部と、を含み、前記光源からの光は、前記導光板に略直線偏光で入射するように構成され、前記液晶パネルの前記偏光板は、透過率が９０％以上となるように構成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、光源からの光は、導光板の一方の主面から照明光として出射され、液晶パネルに入射する。液晶パネルには透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタが設けられており、対応するサブピクセルに入射した照明光は反射型カラーフィルタを透過し、それ以外の照明光は反射型カラーフィルタで反射させて再利用することができる。すなわち、反射型カラーフィルタで反射した照明光は、リサイクル部で反射されて再び反射型カラーフィルタに向かう。このように、照明光は、対応するサブピクセルに入射して反射型カラーフィルタを透過するまで、反射型カラーフィルタとリサイクル部との間で反射を繰り返すリサイクル動作を行う構成となっている。この反射型カラーフィルタとリサイクル部との間の光路中には、反射型カラーフィルタよりも導光板側に配置された偏光板が存在するため、照明光は上記サイクル動作の間に偏光板を何度も通過する。このため、偏光板の透過率はリサイクルされる照明光の利用効率に大きく影響する。

通常、一般的な偏光板の透過率は８０〜８５％程度であるが、上記の構成では、照明光が繰り返し偏光板を透過する際の光量損失を抑制するため、偏光板の透過率を９０％以上としている。このように、再利用する照明光が繰り返し透過する光路中に存在する偏光板の透過率を従来構成よりも高く設定しているので、再利用する光の光量損失を抑制し、効率よく対応するサブピクセルに導くことができる。これにより極めて低消費電力の液晶表示装置を実現できる。また、光源からの光を直線偏光で導光板に入射させているので、偏光板の偏光度を下げて透過率を上げてもコントラストの低下を招くことはなく、高画質の画像表示を併せて実現できる。

上記の構成において、前記光源と前記導光板との間の光路中に、前記導光板に入射する光の消光比を向上させる偏光素子をさらに含むことが好ましい。

この場合、導光板に入射する光の消光比が高いため、反射型カラーフィルタとリサイクル部との間に配置された偏光板の偏光度をさらに下げても、消光比の不足によるコントラストの低下は生じない。これにより、偏光板の偏光度を下げて透過率をさらに向上させることができ、低消費電力で高コントラストの液晶表示装置が実現できる。

上記の構成において、前記偏光素子は、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで分離された一方の光の偏光を９０度回転させる１／２波長板とを含む偏光変換素子であることが好ましい。

上記の構成によれば、偏光ビームスプリッタと１／２波長板とを含む偏光変換素子で偏光の方向を揃えることができる。このため。発光ダイオード（ＬＥＤ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の無偏光の光源を用いても、導光板に略直線偏光で入射するように構成できる。よって、ＬＥＤやＳＬＤ等の低干渉性の光源を用いることができるので、スペックルノイズの影響を抑えて、画質をさらに向上させることができる。

また、前記液晶パネルは、前記照明光の偏光を変調する液晶層と、前記液晶層を駆動する透明電極および液晶駆動素子を有し、前記反射型カラーフィルタは、前記透明電極および前記液晶駆動素子よりも前記導光板側に配置されていることが好ましい。

この場合、再利用する光が繰り返し透過する光路中に透明電極および液晶駆動素子（例えばＴＦＴ等）が配置されないので、再利用光が透明電極および液晶駆動素子を繰り返し透過する際の光量損失を防ぐことができ、さらに光利用効率が向上し、低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

上記の構成を実現するために、前記反射型カラーフィルタが前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、前記透明電極および液晶駆動素子が、前記液晶層と前記反射型カラーフィルタの間に配置されている構成とすることができる。

あるいは、前記反射型カラーフィルタが前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、前記透明電極および液晶駆動素子が、前記液晶層を挟んで前記反射型カラーフィルタの反対側に配置されている構成とすることができる。

上記の構成において、前記反射型カラーフィルタは、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を選択的に透過する一方、前記第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光を選択的に反射する偏光選択性を有していることが好ましい。

この場合、画像表示に不要な第２の偏光成分の光は、反射型カラーフィルタとリサイクル部との間で反射を繰り返しながら、一部は偏光が回転して画像表示に必要な第１の偏光成分となる。すなわち、不要な第２の偏光成分も再利用することができるようになり、さらに効率を向上させることが可能となる。これにより、さらに低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

上記の構成において、前記反射型カラーフィルタは、高屈折率材料からなる第１の層と、低屈折率材料から成る第２の層と、波長以下の周期の微細格子からなる欠陥層とを含み、前記欠陥層の両側に第１の層あるいは第２の層を少なくとも１層積層した多層膜で構成されると共に、対応波長の異なる複数のフィルタ領域を有し、前記欠陥層は、前記複数のフィルタ領域ごとに前記微細格子のデューティ比が異なるように構成されていることが好ましい。

この場合、フィルタ領域ごとに欠陥層の実効屈折率が変わり、分光特性をフィルタ領域ごとに設定できるので、カラーフィルタとして効果的に機能させることができる。また、反射型カラーフィルタは、微細格子により、偏光異方性を有すこととなるため、これを利用して偏光分離機能を実現できる。この偏光分離機能により、消光比の高い光を画像表示に供することができ、コントラストが高い高品質の画像を表示することができる。

上記の構成において、前記反射型カラーフィルタの前記第１の層、前記第２の層および前記欠陥層は、前記複数のフィルタ領域において同じ膜厚となるように構成されていることが好ましい。

この場合、反射型カラーフィルタ上に透明電極や液晶駆動素子（ＴＦＴ等）を形成する構成とする場合に、反射型カラーフィルタの上面の平滑化処理が不要となる。

上記の構成において、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を、当該第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光と分離する偏光分離部をさらに備え、前記液晶パネルは、前記照明光の偏光を変調する液晶層を有し、前記反射型カラーフィルタは前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、前記偏光分離部は、前記液晶層と前記反射型カラーフィルタとの間に配置されていることが好ましい。

上記の構成によれば、液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光をこれと直交する第２の偏光成分の光と分離する偏光分離機能により、消光比の高い光を画像表示に供することができ、コントラストが高い高品質の画像を表示することができる。そして、再利用する照明光が繰り返し透過する光路中に偏光分離部が配置されないので、さらに光利用効率が向上し、低消費電力の液晶表示装置が実現できる。

上記の構成において、前記偏光分離部は、前記反射型カラーフィルタの上面に配置されたワイヤグリッド偏光板で構成されていることが好ましい。

この場合、ワイヤグリッド偏光板により高い偏光度を実現できるので、反射型カラーフィルタを透過する出射光の消光比をさらに向上させることができ、より高いコントラストを実現できる。

上記の構成において、前記リサイクル部は、前記反射型カラーフィルタで反射した光のうち、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を、当該第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光と分離して前記反射型カラーフィルタに向けて反射すると共に、分離した前記第２の偏光成分の光を、吸収、または、前記第１の偏光成分の光と異なる方向に出射するように構成されていることが好ましい。

この場合、光源からの光を効率よく対応するサブピクセルに導くと共に、再利用する光の損失も抑えることができる。さらに、リサイクル部に偏光分離の機能を持たせることにより、部品点数を削減できるので、低コスト化が図れる。

上記の構成において、前記リサイクル部は、前記導光板の前記主面と対向する対向面に隣接して配置されたワイヤグリッド偏光板で構成されていることが好ましい。

この場合、ワイヤグリッド偏光板は、例えばロール・ツー・ロール製造技術により低コストで大量生産が可能であり、また切断等の加工も容易なため、量産性のよい液晶表示装置が実現できる。

上記の構成において、前記リサイクル部は、屈折率の異方性を有する誘電体膜を積層し、前記第１の偏光成分の光を反射する一方、前記第２の偏光成分の光を透過する偏光反射シートで構成され、前記導光板の前記主面と対向する対向面に隣接して配置されていることが好ましい。

この場合、さらに高い偏光反射率を実現できるので、反射型カラーフィルタとリサイクル部との間で反射を繰り返す間に失われる光量をさらに低減でき、より低消費電力の液晶表示装置を実現できる。

上記の構成において、前記導光板には、前記主面と対向する対向面に、前記主面に対して略４５度の傾斜を有するＶ字形状の溝が複数形成され、前記リサイクル部は、前記Ｖ字形状の溝の斜面に、前記第２の偏光成分の光を透過する一方で前記第１の偏光成分の光を反射する誘電体多層膜を形成することにより構成されていることが好ましい。

この場合、導光板の対向面に形成されたＶ字溝の一方の斜面に、主面に対して略垂直な方向から光が入射すると、第１の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の光はＶ字溝の斜面でそれぞれ略９０度ずつ偏向され、再び主面に対して略垂直な方向に出射される一方、第２の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の光は透過して導光板の背面から出射される。これにより、導光板の対向面に偏光分離部およびリサイクル部の機能を持たせることができるので、さらに部品点数を減らすことができ、低コスト化が図れる。

上記の構成において、前記光源はレーザ光を出射するレーザ光源で構成され、前記レーザ光は、前記導光板の前記側面に略平行に入射するように構成され、前記導光板は、前記主面に対して略４５度の傾斜を有する複数の偏向面を有し、前記側面から入射した上記レーザ光を上記偏向面で反射させて上記主面に対して略垂直に出射するように構成されていることが好ましい。

この場合、レーザ光を用いることにより色再現性が優れると共に、導光板から主面に対して略垂直にレーザ光を出射させて液晶パネルに略垂直に入射させることができるため、高いコントラストを実現できる。これにより極めて高画質の液晶表示装置が実現できる。

上記の構成において、前記導光板の前記偏向面が、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を反射する一方、前記第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光を透過する偏光分離面であることが好ましい。

この場合、導光板に入射した光が偏向面に到達する間に偏光が回転しても、導光板の偏向面で偏光分離を行うことができるので、高い消光比の照明光を導光板から均一に出射させることができる。これにより、大画面であってもコントラストが均一に高い画像を表示することができる。また、光源からの光を導光板に入射する前に消光比を改善するための偏光素子を設ける必要がなく、部品点数の削減となる。

上記の構成において、前記偏向面に誘電体多層膜を形成することによって前記偏光分離面を構成したことが好ましい。

この場合、液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光（例えばＳ偏光）に対する反射率が高く、かつ第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光（例えばＰ偏光）に対する透過率が高い偏光分離面が実現できるので、高い消光比の照明光を導光板から均一に出射させることができる。

上記の構成において、前記偏向面に前記光源から出射する光の波長以下の微細な格子を形成することによって前記偏光分離面を構成したことが好ましい。

この場合、偏光分離を行う微細な格子を導光板と一体に成形できるので、量産性がよく、低コスト化が図れる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置は、以下の構成のように偏向板を含まない構成とすることも可能であり、光源と、前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタを内蔵し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部とを備え、前記反射型カラーフィルタと前記リサイクル部との間の前記照明光の透過率が９０％以上となるように構成したことが好ましい。

この場合、光源からの光は液晶パネルに導かれ、そこで対応するサブピクセルに入射した光は透過し、それ以外の光は反射させて再利用することができる。このとき、再利用する光が繰り返し透過する光路の透過率を高く設定しているので、再利用する光の光量損失を抑制し、効率よく対応するサブピクセルに導くことができる。これにより極めて低消費電力の液晶表示装置を実現できる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置は、上記の構成において、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を、それと直交する第２の偏光成分の光と分離する偏光分離部をさらに備え、前記偏光分離部は、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分の光と異なる方向に出射するように構成したことが好ましい。

この場合、偏光分離部を透過することにより、画像表示に用いられる偏光成分の光を、高い消光比で液晶パネルに導くことができるので、コントラストの向上が図れ、高画質化を実現することができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置は、上記の構成において、前記偏光分離部は、偏光異方性をもつ構造で構成され、前記第１の偏光成分の光を透過し、前記第２の偏光成分の光を回折、屈折または散乱により偏向するように構成され、前記偏光分離部で偏向された光を吸収する視野角制御フィルムをさらに備えたことが好ましい。

この場合、第１の偏光成分の透過率が極めて高い偏光分離部を構成できるので、反射型カラーフィルタとリサイクル部との間で反射を繰り返す間に失われる光量をさらに低減でき、より低消費電力を実現できる。さらに、不要な偏光成分の光は視野角制御シートで吸収され、液晶表示装置の画面から出射されないので、コントラストの低下を防ぐことができ、高画質化を実現することができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置は、上記の構成において、前記偏光分離部は、前記第１の偏光成分の光を透過する一方で前記第２の偏光成分の光を回折する偏光ホログラムで構成され、前記偏光ホログラムは、ブレーズ化されていることが好ましい。

この場合、高い回折効率を有する偏光ホログラムが実現できるので、液晶パネルに消光比の高い光を導くことができる。さらに、偏光ホログラムを反射型カラーフィルタとリサイクル部との間に配置すると、レーザ光は何度もこの偏光ホログラムを透過するため、液晶パネルに極めて消光比の高い光を導くことができる。これにより高コントラストの液晶表示装置が実現できる。

なお、発明を実施するための形態の欄においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。

本発明を適用すると、導光板に入射したレーザ光を液晶パネルの各画素に均一に無駄なく入射させることができるので極めて低消費電力で薄型の液晶表示装置を実現でき、有用である。

また、本発明を適用すると、色再現性がよくコントラストも高い液晶表示装置が実現でき、有用である。

本発明の一局面に係る液晶表示装置は、上記の目的を達成するために、光源と、前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタ、および、前記反射型カラーフィルタよりも前記導光板側に配置された偏光板を有し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部と、を含み、前記光源からの光は、前記導光板に略直線偏光で入射するように構成され、前記液晶パネルの前記偏光板は、透過率が９０％以上となるように構成されている。

本発明によれば、再利用する光の光量損失を抑制し、効率よく対応するサブピクセルに導くことができる。これにより極めて低消費電力の液晶表示装置を実現できる。また、光源からの光を直線偏光で導光板に入射させているので、偏光板の偏光度を下げて透過率を上げても、コントラストの低下を招くことはなく、高画質の液晶表示装置を実現できる。

また、ＬＥＤやＳＬＤ等を用いた無偏光の光源を適用する場合において、導光板１６に偏光を揃えて入射させる他の構成例を、図１４Ａおよび図１４Ｂに示している。図１４Ａは、本実施の形態に係る液晶表示装置の斜視図である。図１４Ｂは図１４Ａにおける光源、偏光ビームスプリッタおよび１／２波長板を示す概略の平面図である。図１４Ａに示すように、液晶表示装置１０は、光源９１と、偏光ビームスプリッタ９２と、１／２波長板９３とを備えている。偏光ビームスプリッタ９２および１／２波長板９３は、光源９１から出射された光の偏光成分を揃える偏光変換素子を構成する。図１４Ａの構成は、導光棒を用いていない点で図１３Ａの構成と相違する。

また、図７Ｂに示す構成において偏向面５１ｄに微細格子５２の代わりに誘電体多層膜からなる偏光分離膜を形成してもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ｂに示した実施形態の導光板の他の実施形態を示す概略構成図で、図８Ａは導光板の概略斜視図、図８Ｂは図８Ａの８Ａ部の拡大図を示している。

図８Ａに示すように、偏光分離膜が形成された偏向面５１ｄにＳ偏光成分の光（偏光成分１２ａ）が入射すると、略９０度偏向されて、主面５１ｂに対して略垂直に導光板５１から出射する。一方、偏向面５１ｄに入射するＰ偏光成分の光（偏光成分１２ｂ）は偏向面５１ｄを透過し、導光板５１の背面から出射する。このとき、偏向面５１ｄは、誘電体多層膜により、Ｐ偏光透過率およびＳ偏光反射率がそれぞれ高い偏光分離膜５４を形成できるので、高い消光比の照明光を導光板５１から均一に出射させることができる。

Claims

光源と、
前記光源からの光を側面から入射させ、一方の主面から照明光として出射する導光板と、
透過率および反射率に波長選択性を有する反射型カラーフィルタ、および、前記反射型カラーフィルタよりも前記導光板側に配置された偏光板を有し、前記照明光の光路上に配置された液晶パネルと、
前記反射型カラーフィルタで反射した前記照明光を再び前記反射型カラーフィルタに向けて反射するリサイクル部と、を含み、
前記光源からの光は、前記導光板に略直線偏光で入射するように構成され、
前記液晶パネルの前記偏光板は、透過率が９０％以上となるように構成されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記光源と前記導光板との間の光路中に、前記導光板に入射する光の消光比を向上させる偏光素子をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記偏光素子は、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで分離された一方の光の偏光を９０度回転させる１／２波長板とを含む偏光変換素子であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
前記液晶パネルは、前記照明光の偏光を変調する液晶層と、前記液晶層を駆動する透明電極および液晶駆動素子を有し、
前記反射型カラーフィルタは、前記透明電極および前記液晶駆動素子よりも前記導光板側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
前記反射型カラーフィルタは、前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、
前記透明電極および液晶駆動素子は、前記液晶層と前記反射型カラーフィルタの間に配置されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記反射型カラーフィルタは前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、
前記透明電極および液晶駆動素子は、前記液晶層を挟んで前記反射型カラーフィルタの反対側に配置されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記反射型カラーフィルタは、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を選択的に透過する一方、前記第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光を選択的に反射する偏光選択性を有していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記反射型カラーフィルタは、高屈折率材料からなる第１の層と、低屈折率材料から成る第２の層と、波長以下の周期の微細格子からなる欠陥層とを含み、前記欠陥層の両側に第１の層あるいは第２の層を少なくとも１層積層した多層膜で構成されると共に、対応波長の異なる複数のフィルタ領域を有し、
前記欠陥層は、前記複数のフィルタ領域ごとに前記微細格子のデューティ比が異なるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
前記反射型カラーフィルタの前記第１の層、前記第２の層および前記欠陥層は、前記複数のフィルタ領域において同じ膜厚となるように構成されていることを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を、当該第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光と分離する偏光分離部をさらに備え、
前記液晶パネルは、前記照明光の偏光を変調する液晶層を有し、
前記反射型カラーフィルタは前記液晶層よりも前記導光板側に配置され、
前記偏光分離部は、前記液晶層と前記反射型カラーフィルタとの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記偏光分離部は、前記反射型カラーフィルタの上面に配置されたワイヤグリッド偏光板で構成されていることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
前記リサイクル部は、
前記反射型カラーフィルタで反射した光のうち、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を、当該第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光と分離して前記反射型カラーフィルタに向けて反射すると共に、
分離した前記第２の偏光成分の光を、吸収、または、前記第１の偏光成分の光と異なる方向に出射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記リサイクル部は、前記導光板の前記主面と対向する対向面に隣接して配置されたワイヤグリッド偏光板で構成されていることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
前記リサイクル部は、
屈折率の異方性を有する誘電体膜を積層し、前記第１の偏光成分の光を反射する一方、前記第２の偏光成分の光を透過する偏光反射シートで構成され、
前記導光板の前記主面と対向する対向面に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
前記導光板には、前記主面と対向する対向面に、前記主面に対して略４５度の傾斜を有するＶ字形状の溝が複数形成され、
前記リサイクル部は、前記Ｖ字形状の溝の斜面に、前記第２の偏光成分の光を透過する一方で前記第１の偏光成分の光を反射する誘電体多層膜を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
前記光源はレーザ光を出射するレーザ光源で構成され、
前記レーザ光は、前記導光板の前記側面に略平行に入射するように構成され、
前記導光板は、前記主面に対して略４５度の傾斜を有する複数の偏向面を有し、前記側面から入射した上記レーザ光を上記偏向面で反射させて上記主面に対して略垂直に出射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記導光板の前記偏向面が、前記液晶パネルの画像表示に必要な第１の偏光成分の光を反射する一方、前記第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分の光を透過する偏光分離面であることを特徴とする請求項１６記載の液晶表示装置。
前記偏向面に誘電体多層膜を形成することによって前記偏光分離面を構成したことを特徴とする請求項１７記載の液晶表示装置。
前記偏向面に前記光源から出射する光の波長以下の微細な格子を形成することによって前記偏光分離面を構成したことを特徴とする請求項１７記載の液晶表示装置。